專利名稱：一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷?射集成器件。
技術(shù)背景太陽(yáng)能利用技術(shù)包括光熱和光電兩種，光熱利用的核心器件是太陽(yáng)能集熱器 為代表，光電利用的核心器件是太陽(yáng)能光伏電池。目前，太陽(yáng)能光伏電池的主要 問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率低、發(fā)電成本高。太陽(yáng)能電池是基于半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)工作的，其轉(zhuǎn)換效率，從根本 上來(lái)說(shuō)，是受限于太陽(yáng)光譜和光電池響應(yīng)范圍的匹配程度。太陽(yáng)光譜的波長(zhǎng)范圍為0.3 3pm，涉及紫外線、可見(jiàn)光到近紅外線，而太陽(yáng)能電池常用的半導(dǎo)體材 料，如Si， GaAs等，其禁帶寬度Eg是基本固定的。在太陽(yáng)光直接照射的情況下，光伏器件只能利用其部分的輻射能量，即使是 在內(nèi)量子效率為1，不考慮非輻射復(fù)合的理想情況下，太陽(yáng)能電池的光伏轉(zhuǎn)換也 包括以下兩部分能量損失(1)能量小于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子(hv<Eg)，半 導(dǎo)體材料對(duì)這部分光子透明，不能吸收其能量；(2)能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度 的光子(hv>Eg)，半導(dǎo)體材料只能吸收部分的能量(Eg)，而多余的能量(hv-Eg) 被聲子吸收產(chǎn)生熱能。根據(jù)Shockley and Queisser (SQ)模型，傳統(tǒng)的單p-n結(jié)太 陽(yáng)能電池的理想轉(zhuǎn)換效率在40%左右，而實(shí)際生產(chǎn)的單p-n結(jié)光伏電池轉(zhuǎn)換效率 最高在20%左右。為提高太陽(yáng)光譜與光電池響應(yīng)范圍的匹配程度，目前人們常用的方法是拓寬 光電池的響應(yīng)范圍，如多結(jié)級(jí)聯(lián)、中間能帶等方法，目前取得了一定的進(jìn)展，但
制作成本仍比較高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)太陽(yáng)光譜與光電池相應(yīng)范圍的匹配程度差的問(wèn)題，提供一種用于 光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其特征在于基?的兩個(gè)表面分別設(shè)置太陽(yáng) 能集熱表面2和熱輻射表面3;所述集成器件通過(guò)太陽(yáng)能集熱表面2收集太陽(yáng)能 輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，通過(guò)熱輻射表面3將熱能轉(zhuǎn)換成光伏電池的光譜。所述基底l采用的材料為碳、鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮或鉑中的一種或幾種，工作溫度范圍1000 2000K。所述熱輻射表面3采用二維周期性結(jié)構(gòu)，其周期范圍為100 10000納米。 所述熱輻射表面3采用的材料為碳、鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮、鉑、氮化鈦、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦、氧化硅或氧化鋁中的一種或幾種，其厚度范圍為10 1000納米。所述的太陽(yáng)能集熱表面2采用選擇性吸收薄膜，所述的選擇性吸收薄膜包括 金屬紅外反射層、金屬-介質(zhì)吸收層和介質(zhì)增透層。所述金屬紅外反射層采用的材料為鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮或鉑中的一 種或幾種，厚度范圍為10 10000納米。所述金屬-介質(zhì)吸收層采用的材料為鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮、鉬、氮 化鈦、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦、氧化硅或氧化鋁中的一種或幾種，厚度范圍為 10 1000納米。所述介質(zhì)增透層采用的材料為氮化鈦、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦或氧化硅、氧化鋁中的一種或幾種，厚度范圍為10 1000納米。本發(fā)明的有益效果為將太陽(yáng)能的寬光譜輻射高效率的轉(zhuǎn)換為窄光譜輻射，而這種窄光譜輻射能量正好對(duì)應(yīng)于紅外光伏電池(如GaSb基光伏電池)的響應(yīng) 范圍，從而使太陽(yáng)能發(fā)電具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1為本發(fā)明所述集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中標(biāo)號(hào)l-基底；2-太陽(yáng)能集熱表面；3-熱輻射表面。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，下面通過(guò)

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明 實(shí)施例l基底1采用表面拋光的鎢片。首先采用濺射、光刻、刻蝕交替進(jìn)行的方法，制作多層二維周期性熱輻射表面3:濺射厚度為200納米的SiO2薄膜，光刻產(chǎn)生 周期為1.5微米、空隙寬度為1微米、厚度為500納米的二維周期性光刻膠掩模， CF4干法刻蝕形成Si02的二維周期性結(jié)構(gòu)，濺射厚度為500納米的鉤薄膜，通過(guò) 拋光的方法使其平坦化；以上步驟循環(huán)8次。然后采用磁控濺射的方法，在基底 1的另一個(gè)表面制作太陽(yáng)能集熱表面2:紅外反射層采用鎢基底，金屬-介質(zhì)吸收 層為依次濺射的兩層鎢-氮化鋁混合薄膜，其中靠近基底1的鴇-氮化鋁混合薄膜 層的鎢含量高，金屬體積比為0.56，厚度為73納米；遠(yuǎn)離基底l的鎢-氮化鋁混 合薄膜層的鎢含量低，金屬體積比為0.31，厚度為55納米；然后濺射一層氧化 鋁薄膜作為介質(zhì)增透層，厚度為83納米。該器件在IOOOK條件下真空工作時(shí)， 輻射波段為1.4 1.9微米。實(shí)施例2基底l采用表面拋光的鉬片。首先采用濺射、光刻、刻蝕的方法，制作三維 周期性熱輻射表面3:交替濺射8個(gè)周期厚度為100納米的氮化鋁和厚度為50 納米的鉬薄膜，光刻產(chǎn)生周期為2微米、空隙寬度為l微米、厚度為2微米的二 維周期性光刻膠掩模，SF6干法刻蝕產(chǎn)生氮化鋁和鉬的二維周期性結(jié)構(gòu)；然后采
用磁控濺射的方法，在鉬片的另一個(gè)表面制作太陽(yáng)能集熱表面2:紅外反射層為 拋光的鉬基底，依次濺射兩層鉬-氮化鋁混合薄膜作為金屬-介質(zhì)吸收層，其中靠近基底1的鉬-氮化鋁混合薄膜層的鉬含量高，金屬體積比為0.53，厚度為65納 米；遠(yuǎn)離基底1的鉬-氮化鋁混合薄膜層的鉬含量低，金屬體積比為0.34，厚度 為55納米；然后濺射一層氧化鋁薄膜作為增透層，厚度80納米。該器件在1000K 條件下真空工作時(shí)，輻射波段為1.3~1.7微米。
權(quán)利要求
1. 一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其特征在于基?1)的兩個(gè)表面分別設(shè)置太陽(yáng)能集熱表面(2)和熱輻射表面(3)；所述集成器件通過(guò)太陽(yáng)能集熱表面(2)收集太陽(yáng)能輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，通過(guò)熱輻射表面(3)將熱能轉(zhuǎn)換成光伏電池的光譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷涮?征在于所述基底(1)采用的材料為碳、鉬、鴇、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮或鉑中的一種或幾種，工作溫度范圍1000 2000K。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷涮?征在于所述熱輻射表面(3)采用二維周期性結(jié)構(gòu)，其周期范圍為100 10000 納米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其?征在于所述熱輻射表面(3)采用的材料為碳、鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮、鉑、氮化鈦、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦、氧化硅或氧化鋁中的一種或幾種，其厚度范圍為10 1000納米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其特征在于所述的太?yáng)能集熱表面(2)采用選擇性吸收薄膜，所述的選擇性吸收薄膜包括金屬紅外反射層、金屬-介質(zhì)吸收層和介質(zhì)增透層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其特征在于所述金屬紅外反射層采用的材料為鉬、鴇、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮或鉑中 的一種或幾種，厚度范圍為10 10000納米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其特征在于所述金?介質(zhì)吸收層采用的材料為鉬、鉤、鈦、鋯、鉿、鉭、鈮、鉬、 氮化釹、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦、氧化硅或氧化鋁中的一種或幾種，厚度范圍為10 1000納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?，其?征在于所述介質(zhì)增透層采用的材料為氮化鈦、氮化硅、氮化鋁、氧化鈦或氧化 硅、氧化鋁中的一種或幾種，厚度范圍為10 1000納米。
全文摘要
本發(fā)明屬于高溫太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種用于光伏發(fā)電的高溫?zé)彷椛浼善骷?。太?yáng)能集熱表面和熱輻射表面分別為基片的兩個(gè)表面，通過(guò)集熱表面收集太陽(yáng)能輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，通過(guò)熱輻射表面將熱能轉(zhuǎn)換成光伏電池所需要的光譜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將太陽(yáng)能的寬光譜輻射高效率的轉(zhuǎn)換為窄光譜輻射，而這種窄光譜輻射能量正好對(duì)應(yīng)于紅外光伏電池的響應(yīng)范圍，從而使太陽(yáng)能發(fā)電具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/055GK101399292SQ20081022649
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者李德杰, 健 王 申請(qǐng)人:清華大學(xué)